精细化工过程与设备固定床反应器学习教案

1、会计学1精细化工精细化工(jn x hu n)过程与设备固过程与设备固定床反应器定床反应器第一页，共43页。第1页/共43页第二页，共43页。第2页/共43页第三页，共43页。第3页/共43页第四页，共43页。第4页/共43页第五页，共43页。第5页/共43页第六页，共43页。各种形状，工业上常用的催化剂，除无定形粒状外，还有圆柱形（包括拉西球形及多孔球形），锭形、球形、条形、蜂窝形、内外齿轮型、三叶草形、小球及微球形、菊花形等。图5.1例举了固定床反应器中常用的催化剂形状。(a)(a)七筋车轮型七筋车轮型 (b) (b)拉西环形拉西环形 (c) (c)四孔四孔(s kn)(s kn)形形 (

2、d) (d)七孔形七孔形 (e) (e)五筋车轮型五筋车轮型(f)(f)外齿轮外齿轮(chln)(chln)型型 (g) (g)内齿轮内齿轮(chln)(chln)型型 (h) (h)梅花形梅花形 (i) (i)多孔梅花形多孔梅花形 (j)(j)蜂窝形蜂窝形 (k)(k)七孔球形七孔球形 (l)(l)无孔外齿轮型无孔外齿轮型 (m)(m)四叶蝶形四叶蝶形 图5.1 固定床反应器中常用的催化剂形状 图图5.1 5.1 固定床反应器中常用的催化剂形状固定床反应器中常用的催化剂形状 第6页/共43页第七页，共43页。132121第7页/共43页第八页，共43页。第8页/共43页第九页，共43页。选选

3、择择性性 （） 生生成成目目的的产产物物所所消消耗耗的的原原料料量量参参加加反反应应所所转转化化掉掉的的原原料料量量1 10 00 0Sv = =uoNVRVRuoN第9页/共43页第十页，共43页。=SwwWWs=SGwGWsWw第10页/共43页第十一页，共43页。第11页/共43页第十二页，共43页。(a) (a) 中毒中毒(zhng d) (zhng d) 第12页/共43页第十三页，共43页。 (b) 沉积(chnj)沾污 (c) (c) 烧结烧结(shoji) (shoji) (d) (d) 经由气体损失经由气体损失 图图5.2 5.2 催化剂失活原因图解催化剂失活原因图解 第13

4、页/共43页第十四页，共43页。p=1pSB第14页/共43页第十五页，共43页。 反应器中充填催化剂应以适当的方式加以振动压紧，床层的压力降虽较大，但填装的催化剂可较多。固定床中间截面的孔隙率也是不均匀的，近壁处孔隙率较大，而中心处孔隙率较小，近壁处0-1倍的颗粒直径处，局部床层孔隙率变化较大。由于床层径向孔隙率分布不均，因此固定床中存在流速的分布不均匀。以近壁0-1倍颗粒直径处变化最大。器壁对孔隙率分布的这种影响及由此造成的对流动、传热和传质的影响，称为壁效应。一般工业上认为当dt /dP（催化剂颗粒直径）达8时，可不计壁效应。故工业上通常要求dt 8dP。 管式催化床内直径一般为25-4

5、0mm，而催化剂颗粒直径一般为5-8mm，即管径与催化剂颗粒直径比dt /dP相当(xingdng)小，此时壁效应对床层中径向孔隙率分布和径向流速分布及催化反应性能的影响必须考虑。第15页/共43页第十六页，共43页。第16页/共43页第十七页，共43页。第17页/共43页第十八页，共43页。 图5.4 气固相催化反应过程(guchng)第18页/共43页第十九页，共43页。第19页/共43页第二十页，共43页。第20页/共43页第二十一页，共43页。 图5.5 单段绝热式固定床反应器 1，矿渣(kun zh)棉；2，瓷环；3，催化剂 第21页/共43页第二十二页，共43页。 图5.6 甲醇(

6、ji chn)氧化的薄层反应器 1，催化剂；2，冷却器第22页/共43页第二十三页，共43页。 (a) (b) (c) (d) (e)(a) (b) (c) (d) (e) 图图5.7 5.7 多段绝热式固定床反应器多段绝热式固定床反应器第23页/共43页第二十四页，共43页。第24页/共43页第二十五页，共43页。第25页/共43页第二十六页，共43页。 图图5.8 5.8 列管式固定床反应器列管式固定床反应器 第26页/共43页第二十七页，共43页。第27页/共43页第二十八页，共43页。图图5.9 5.9 以加压热水作载热体的以加压热水作载热体的 固定床反应装置固定床反应装置 1 1，列

7、管上花板；，列管上花板；2 2，反应列管；，反应列管；3 3，膨胀圈；，膨胀圈； 4 4，汽水，汽水(qshu)(qshu)分离器；分离器；5 5，加压热水泵，加压热水泵 第28页/共43页第二十九页，共43页。 图5.10 以联苯道生油作载热体的 固定床反应(fnyng)装置1，列管上花板；2、3,折流板；4，反应(fnyng)列管 5，折流板固定棒；6，人孔；7，列管下花板； 8，载热体冷却器第29页/共43页第三十页，共43页。 图5.11所示是以熔盐作载热体的反应装置，用于丙烯氨氧化制备丙烯腈、萘氧化制苯酐。在反应器的中心设置载热体冷却器和推进式搅拌器，搅拌器使熔盐在反应区域和冷却区域

8、间不断进行(jnxng)强制循环，减小反应器上下部熔盐的温差（4左右）。熔盐移走反应热后，即在冷却器中冷却，并产生高压水蒸汽。 图5.11 以熔盐作载热体的 反应装置 1，原料气进口(jn ku)；2，上头盖；3，催化剂列管 4，下盖头；5，反应器出口；6，搅拌器 7，管式冷却器第30页/共43页第三十一页，共43页。 图5.12 列管式固定床反应器 的温度(wnd)分布第31页/共43页第三十二页，共43页。第32页/共43页第三十三页，共43页。 图5.13 单管逆流式催化床及温度(wnd)分布示意图第33页/共43页第三十四页，共43页。第34页/共43页第三十五页，共43页。 图5.1

9、4 双套管并流式催化床及温度(wnd)分布示意图第35页/共43页第三十六页，共43页。 图5.15 双套管(to un)氨合成塔的内件结构及高压筒体第36页/共43页第三十七页，共43页。 图5.16 三套管并流式催化床及温度(wnd)分布示意图第37页/共43页第三十八页，共43页。图图5.17 5.17 单管并流式催化床单管并流式催化床及温度及温度(wnd)(wnd)分布示意图分布示意图第38页/共43页第三十九页，共43页。 图5.18 径向(jn xin)固定床催化反应器示意图 第39页/共43页第四十页，共43页。图图5.18 径向径向(jn xin)固定床催化反应器示意图固定床催

10、化反应器示意图第40页/共43页第四十一页，共43页。 1，气固相固定床反应器的主要优点是什么(shn me)？ 答：气固相固定床反应器的主要优点是 （1）在生产操作中，除床层极薄和气体流速很低的特殊情况外，床层内气体的流动皆可看成是理想置换流动。因此其化学反应速度较快，在完成同样生产能力时，所需要的催化剂用量和反应体积较小。 （2）气体停留时间可以严格控制，温度分布可以调节，因而有利于提高化学反应的转化率和选择性。 （3）催化剂不易磨损，可以较长时间连续使用。 （4）适宜于在高温高压下操作。 2. 试述气固相催化反应过程经历的七个步骤。 答（1）反应组分从流体主体向固体催化剂外表面传递（外扩散过程）； （2）反应组分从催化剂外表面相催化剂内表面传递（内扩散过程）； （3）反应组分在催化剂表面的活性中心吸附（吸附过